聚丙烯装置产生细粉的原因分析及改善措施

摘要：Spheripol工艺为液相-气相本体组合工艺，采用新型的高效、高立体定向催化剂，产品性能高度均一，但其会增加能耗物耗，污染环境。文章针对Spheripol工艺聚丙烯生产过程中出现的细粉较多，分析了细粉产生的主要原因，提出了相应的改善措施。

关键词：Spheripol工艺；聚丙烯；细粉原因

中图分类号：TQ325 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0061-02

1 概述

中石化股份天津分公司烯烃部聚丙烯装置采用Spheripol工艺生产无色聚丙烯粒料，可生产均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯、多相共聚聚丙烯（抗冲击共聚物）和三元共聚聚丙烯，原设计能力为4万吨/年，年有效操作时间为7200小时。在2000年，进行扩能改造，设计能力提高到6万吨/年，年有效操作时间为8000小时。

Spheripol工艺为液相-气相本体组合工艺，采用新型的高效、高立体定向催化剂，产品性能高度均一。但在实际生产中，产品中粘性细粉过多，严重时可造成丙烯洗涤和汽蒸干燥系统设备堵塞，影响装置的长周期运行，同时也增加能耗物耗，污染环境。

2 粘性细粉对生产工艺过程的影响

2.1 对聚合物高压闪蒸脱气单元的影响

聚合物浆料经环管反应器进入闪蒸线和高压闪蒸罐脱除未反应的丙烯单体，如果细粉较多，细粉会随着丙烯气体进入到丙烯洗涤塔中。细分中含有未失活的催化剂，洗涤之后，细粉会聚集在塔底再沸器（内插式）上，造成挂壁而影响再沸效果。而且塔底出料也会由于细粉较多造成流量、压力波动，甚至造成第二闪蒸线堵塞。所以要时常对流量计进行拆清处理，最短3天清一次，严重影响平稳生产。为此，第二闪蒸线增加了一条备线，当一条管线发生堵塞时，可将其进行隔离清理，减少生产波动。

2.2 对聚合物低压闪蒸脱气单元的影响

聚合物连续地从高压闪蒸罐送到低压闪蒸罐，未反应的丙烯，在低压洗涤塔洗去夹带的聚合物细粉之后，由压缩机压缩后送至丙烯回收单元。细粉过多时，油洗效果不好会造成细粉进入丙烯压缩机，严重时油气夹带的细粉会附着在气阀的阀片上，可使阀片出现关闭不严、开启不顺畅的情况，甚至造成阀片断裂，导致压缩机停车。

2.3 对聚合物干燥单元的影响

聚合物在料位控制下从汽蒸器排放出来进入干燥器，在封闭的循环回路中利用热氮除去聚合物中夹带的水分。在返回干燥器之前，湿的氮气先经旋风分离器分离一部分细粉，然后送至氮气洗涤塔除去夹带的粉料和冷凝水。但如果细粉较多，洗涤后的氮气仍会含有细粉，会附着在氮气加热器中的翅片式上，严重影响换热器的运行，并影响后续工段的运行。

2.4 对环境和效益的影响

聚合物粉料在重力作用下进入汽蒸器，在此注入新鲜蒸汽以除去最后残留的单体和丙烷，同时也使催化剂失活。从汽蒸器排出的蒸汽经洗涤塔冷凝，循环利用，多余部分排至下水道。通过累计数据分析，平均每天可洗涤出细粉100kg左右。但当细粉较多时，大量含有细粉的水排至下水系统，会影响到污水系统，对环境造成影响。而且由于粘性细粉的产生会造成阀门、管线的堵塞，轻则需要清理，重则造成装置停车检修，引起能耗物耗的浪费，并影响到装置的安稳长满优运行。

3 细粉产生的原因分析

3.1 催化剂本身结构和性质因素

装置使用的是第四代高效催化剂，由TiC14、MgC12和内给电子体组成。聚合物在多孔催化剂颗粒的内外表面生成，数量不断增加的聚合物压迫催化剂孔道，造成催化剂颗粒的破碎。催化剂破碎过程与催化剂颗粒的机械强度有关，其机械强度受内给电子体、载体空隙特征、活性中心Ti的分布以及活性的影响，这些因素是受催化剂的配方和制备方法影响的。

3.2 工艺技术方面的因素

3.2.1 预聚合反应程度的影响。预聚合的目的是使催化剂表面形成厚薄适中的保护膜，以提高催化剂颗粒的机械强度，避免催化剂在突遇高温（聚合反应温度控制在7O℃）的情况下剧烈反应而破碎。预聚合程度不足，催化剂表面聚合物太薄，起不到保护作用；预聚合程度过高，催化剂表面包裹的聚合物太厚，则会在温度的大幅变化下导致内应力无法抵消、无法撤出反应热而造成热崩溃形成细粉。预聚合程度受活性中心的活化程度、丙烯进料量、反应停留时间、预聚合温度等因素影响。

3.2.2 环管反应器的影响。预聚合后的催化剂淤浆与丙烯一起进入环管反应器中，在一定的温度和压力下部分丙烯聚合，剩余的液相丙烯作为固体聚合物的稀释剂参与循环。聚丙烯淤浆在轴流泵的高速运转下各组分混合得非常均匀，但聚合物颗粒间以及聚合物与轴流泵和环管内壁之间不停地碰撞摩擦，会导致机械强度低的聚合物颗粒破碎形成细粉。

4 实施的对策和改善措施

4.1 选用新型高效催化剂

装置试用了新型催化剂，这种催化剂粒径分布窄、聚合物粒子破碎少、催化剂粒径大小可调可控。从生产的聚丙烯产品来看，新型催化剂生产的聚合物球状完好，产生的细粉较少。

4.2 提高预聚合反应程度

降低预聚合反应器的丙烯进料量，可增加催化剂的停留时间，提高预聚合的反应程度。经过改造，预聚合反应器的丙烯进料量由3000kg/h降为1500kg/h，进料管线管径由3/4〃缩小为1/2〃。改造后，催化剂的停留时间由4分钟延长至7分钟，提高了催化剂的活性，降低了细粉量。

提高预聚合的反应温度，可在停留时间不变的情况下，使丙烯获得更深的预聚合程度。进过不断摸索，将预聚合温度由17.5℃逐渐升高到20.5℃，细粉含量明显减少。

4.3 稳定聚合反应操作

在装置采用活性较高的球形催化剂时，控制环管浆料密度在555～565kg/m3之间、丙烯进料量在15.5～16.5t/h之间，同时平稳操作，避免负荷的大幅度波动对环管反应器操作状态的冲击。

5 结语

聚丙烯产品中粘性细粉过多，会造成能耗物耗的增加，并且引起工艺阀门、管线的堵塞，降低设备的使用寿命，影响装置的长周期运行。天津分公司烯烃部聚丙烯装置通过进行工艺参数优化、技术改造，已经有效地控制了粘性细粉的产生，减少了因停车造成的环境和效益，实现了装置的安稳长周期运行。

参考文献

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中国石化出版社，2002.

[2] 潘祖仁.高分子化学[M].北京：化学工业出版社，

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[3] 张文，李峰.PP装置产生细粉的原因及改善措施

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